Alat baru untuk memodelkan mikrobioma usus manusia – ScienceDaily

Alat baru untuk memodelkan mikrobioma usus manusia – ScienceDaily


Beberapa ribu strain bakteri hidup di usus manusia. Beberapa di antaranya terkait dengan penyakit, sementara yang lain memiliki efek menguntungkan bagi kesehatan manusia. Mencari tahu peran yang tepat dari masing-masing bakteri ini bisa jadi sulit, karena banyak dari mereka tidak dapat ditumbuhkan dalam penelitian laboratorium menggunakan jaringan manusia.

Kesulitan ini terutama terlihat pada spesies yang tidak dapat hidup di lingkungan yang kaya oksigen. Namun, insinyur biologi dan mekanik MIT sekarang telah merancang perangkat khusus di mana mereka dapat menumbuhkan bakteri yang tidak toleran terhadap oksigen dalam jaringan yang mereplikasi lapisan usus besar, memungkinkan mereka bertahan hingga empat hari.

“Kami pikir sangat penting untuk menyumbangkan alat kepada komunitas yang dapat digunakan untuk kasus ekstrim ini,” kata Linda Griffith, Profesor Sekolah Teknik Inovasi Pengajaran di Departemen Teknik Biologi MIT. “Kami menunjukkan bahwa Anda dapat menumbuhkan organisme yang sangat rewel ini, dan kami dapat mempelajari pengaruhnya terhadap usus besar manusia.”

Dengan menggunakan sistem ini, para peneliti menunjukkan bahwa mereka dapat menumbuhkan strain bakteri yang disebut Faecalibacterium prausnitzii, yang hidup di usus manusia dan melindungi dari peradangan. Mereka juga menunjukkan bahwa bakteri ini, yang sering berkurang pada pasien dengan penyakit Crohn, tampaknya mengerahkan banyak efek perlindungan melalui pelepasan asam lemak yang disebut butirat.

Griffith dan David Trumper, seorang profesor teknik mesin MIT, adalah penulis senior studi tersebut, yang muncul hari ini di jurnal Dengan. Doktor pos MIT Jianbo Zhang dan Yu-Ja Huang adalah penulis utama makalah ini.

Sensitivitas oksigen

Lingkungan mikrobioma kompleks usus manusia sulit untuk dimodelkan menggunakan hewan seperti tikus, sebagian karena tikus makan makanan yang sangat berbeda dari manusia, kata Griffith.

“Kami telah mempelajari banyak hal dari tikus dan model hewan lainnya, tetapi ada banyak perbedaan, terutama dalam hal mikrobioma usus,” katanya.

Sebagian besar bakteri yang hidup di usus manusia bersifat anaerob, artinya mereka tidak membutuhkan oksigen untuk bertahan hidup. Beberapa dari bakteri ini dapat mentolerir kadar oksigen yang rendah, sementara yang lain, seperti F. prausnitzii, tidak dapat bertahan dari paparan oksigen, yang membuatnya sulit untuk dipelajari di laboratorium. Beberapa peneliti telah merancang perangkat di mana mereka dapat menumbuhkan sel usus besar manusia bersama dengan bakteri yang mentolerir tingkat oksigen yang rendah, tetapi ini tidak berfungsi dengan baik untuk F. prausnitzii dan mikroba lain yang sangat tidak toleran oksigen.

Untuk mengatasinya, tim MIT merancang perangkat yang memungkinkan mereka mengontrol kadar oksigen secara tepat di setiap bagian sistem. Perangkat mereka berisi saluran yang dilapisi dengan sel dari penghalang mukosa usus besar manusia. Di bawah sel-sel ini, nutrisi dipompa untuk menjaga sel tetap hidup. Lapisan bawah ini kaya oksigen, tetapi konsentrasi oksigen menurun ke arah atas lapisan sel mukosa, serupa dengan yang terjadi di bagian dalam usus besar manusia.

Seperti yang mereka lakukan di usus besar manusia, sel penghalang di saluran mengeluarkan lapisan lendir yang padat. Tim MIT menunjukkan itu F. prausnitzii dapat membentuk awan sel di lapisan luar lendir ini dan bertahan di sana hingga empat hari, dalam lingkungan yang tetap bebas oksigen dengan cairan yang mengalir melewatinya. Cairan ini juga mengandung nutrisi untuk mikroba.

Dengan menggunakan sistem ini, para peneliti dapat menunjukkannya F. prausnitzii mempengaruhi jalur sel yang terlibat dalam peradangan. Mereka mengamati bahwa bakteri menghasilkan asam lemak rantai pendek yang disebut butirat, yang sebelumnya telah terbukti mengurangi peradangan. Setelah kadar butirat naik, sel mukosa menunjukkan penurunan aktivitas jalur yang disebut NF kappa B. Penurunan ini menenangkan peradangan.

“Secara keseluruhan, jalur ini telah dikurangi, yang sangat mirip dengan yang terlihat pada manusia,” kata Zhang. “Tampaknya bakteri membuat sel mamalia tidak peka untuk tidak bereaksi berlebihan terhadap bahaya di lingkungan luar, sehingga status peradangan sedang ditenangkan oleh bakteri.”

Pasien dengan penyakit Crohn seringkali mengalami penurunan kadar F. prausnitzii, dan kurangnya bakteri tersebut diduga berkontribusi pada peradangan terlalu aktif yang terlihat pada pasien tersebut.

Ketika para peneliti menambahkan butirat ke dalam sistem, tanpa bakteri, itu tidak menghasilkan semua efek yang mereka lihat saat bakteri ada. Ini menunjukkan bahwa beberapa efek bakteri dapat diberikan melalui mekanisme lain, yang diharapkan para peneliti untuk diselidiki lebih lanjut.

Mikroba dan penyakit

Para peneliti juga berencana menggunakan sistem mereka untuk mempelajari apa yang terjadi ketika mereka menambahkan spesies bakteri lain yang diyakini berperan dalam penyakit Crohn, untuk mencoba mengeksplorasi lebih jauh efek dari setiap spesies.

Mereka juga merencanakan studi, bekerja dengan Alessio Fasano, kepala divisi gastroenterologi dan nutrisi anak di Rumah Sakit Umum Massachusetts, untuk menumbuhkan jaringan mukosa dari pasien dengan penyakit celiac dan gangguan gastrointestinal lainnya. Jaringan ini kemudian dapat digunakan untuk mempelajari peradangan yang diinduksi mikroba dalam sel dengan latar belakang genetik yang berbeda.

“Kami berharap mendapatkan data baru yang akan menunjukkan bagaimana mikroba dan peradangan bekerja dengan latar belakang genetik inang, untuk melihat apakah mungkin ada orang yang memiliki kerentanan genetik agar mikroba mengganggu penghalang mukosa sedikit lebih banyak daripada itu. orang lain, “kata Griffith.

Ia juga berharap dapat menggunakan alat tersebut untuk mempelajari jenis penghalang mukosa lainnya, termasuk yang ada di saluran reproduksi wanita, seperti serviks dan endometrium.

Penelitian ini didanai oleh Institut Kesehatan Nasional AS, Program SHINE Boehringer Ingelheim, dan Institut Nasional Ilmu Kesehatan Lingkungan.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Toto SGP

Author Image
adminProzen